500kJ對(duì)擊錘鍛造生產(chǎn)線工藝平面設(shè)計(jì)

文／魏偉·齊齊哈爾軌道交通裝備有限公司

500kJ對(duì)擊錘鍛造生產(chǎn)線工藝平面設(shè)計(jì)

文／魏偉·齊齊哈爾軌道交通裝備有限公司

本文通過對(duì)500kJ對(duì)擊錘生產(chǎn)線的工藝平面設(shè)計(jì)工作的整理、歸納，總結(jié)出了鍛造生產(chǎn)線工藝平面設(shè)計(jì)的一般的工作步驟、工序間的相關(guān)性考慮的具體內(nèi)容等等。

模鍛設(shè)備主機(jī)的選擇

模鍛設(shè)備主機(jī)的噸位的確定根據(jù)把將要和打算在該條生產(chǎn)線上生產(chǎn)的各種模鍛件產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行了歸納梳理，總結(jié)為：⑴模鍛件產(chǎn)品批量中等，其總量大約為每年幾萬至十幾萬件；⑵模鍛件產(chǎn)品精度要求一般；⑶多品種的適應(yīng)性要強(qiáng)；⑷設(shè)備造價(jià)要經(jīng)濟(jì)適用；⑸設(shè)備的耐用性要求非常好；經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算和模鍛件模擬軟件的模擬分析（計(jì)算和分析過程略）確定模鍛設(shè)備的噸位為16000t～20000t。

模鍛設(shè)備主機(jī)的選型

通過大量的調(diào)研考察、查閱資料，納入我們視線的大致有如下幾種類型設(shè)備：熱模鍛壓力機(jī)（曲柄連桿結(jié)構(gòu)）、模鍛錘（電液驅(qū)動(dòng)）、離合器式螺旋壓機(jī)、電動(dòng)螺旋壓機(jī)、對(duì)擊式模鍛錘等，經(jīng)過綜合的分析論證，模鍛錘（電液驅(qū)動(dòng)）和對(duì)擊式模鍛錘被確定為我們選擇的目標(biāo)，而模鍛錘（電液驅(qū)動(dòng)）的強(qiáng)烈振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境的影響無法滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的技術(shù)指標(biāo)要求，對(duì)擊式模鍛錘被確定為選擇目標(biāo)，經(jīng)過招標(biāo)，最終選擇了德國Schuler公司的氣動(dòng)500kJ對(duì)擊錘，該規(guī)格型號(hào)對(duì)擊錘為國內(nèi)首臺(tái)。

配套設(shè)備的選擇

根據(jù)產(chǎn)品工藝要求，配套了國產(chǎn)的中頻感應(yīng)加熱爐（加熱三種規(guī)格原料）、天然氣室式加熱爐、液壓結(jié)構(gòu)2000t切邊壓力機(jī)、軌道式裝取料操作機(jī)（工序間傳輸）、400t液壓彎曲機(jī)、液壓結(jié)構(gòu)彎曲整形機(jī)（專用產(chǎn)品）等，考慮到將來的模鍛件產(chǎn)品發(fā)展，在工藝平面中，預(yù)留了一臺(tái)制坯用壓機(jī)的平面位置（目前沒有該類需求的產(chǎn)品，因此暫時(shí)不上）。

⑴中頻感應(yīng)加熱爐的選擇。

經(jīng)過中頻感應(yīng)加熱爐加熱的原料共有三種規(guī)格，其中兩種圓形截面不同規(guī)格尺寸的原料需要通過同一套上料機(jī)構(gòu)，給同一臺(tái)輥鍛機(jī)上料，因此它們的感應(yīng)器需要平行，靠近擺放；另外一種用于矩形截面原料的感應(yīng)器單獨(dú)擺放。其中，1號(hào)中頻感應(yīng)加熱爐是為加熱較大規(guī)格原料（圓截面）配備的，其功率最大；2號(hào)中頻感應(yīng)加熱爐是為加熱較小規(guī)格原料（圓截面）配備的，其功率較??；3號(hào)中頻感應(yīng)加熱爐是為加熱矩形截面原料配備的，其功率較小，三種中頻感應(yīng)加熱爐不同時(shí)工作。1號(hào)中頻感應(yīng)加熱爐和2號(hào)中頻感應(yīng)加熱爐的出料端要求能夠在一個(gè)位置，共用一套上料機(jī)構(gòu)為輥鍛機(jī)上料，為了節(jié)約資源，將2號(hào)中頻感應(yīng)加熱爐與3號(hào)中頻感應(yīng)加熱爐設(shè)計(jì)為共用一套中頻電源。

⑵輥鍛機(jī)的選擇。

根據(jù)最大規(guī)格產(chǎn)品原料φ180mm，確定輥鍛機(jī)規(guī)格為1250型，該規(guī)格輥鍛機(jī)為國內(nèi)首臺(tái)。

⑶切邊機(jī)的選擇。

根據(jù)對(duì)擊錘的噸位，確定液壓切邊機(jī)的噸位為2000t，其工作臺(tái)面的長寬尺寸與對(duì)擊錘的臺(tái)面相配套；考慮工件較長，易于彎曲變形的原因，我們將切邊工藝確定為“抱切”方式。

⑷軌道式裝取料操作機(jī)的選擇。

根據(jù)工件最大重量，確定操作機(jī)最大夾持重量為300kg，夾頭中心最大回轉(zhuǎn)半徑5500mm；夾頭中心最小回轉(zhuǎn)半徑2000mm。

工序間傳送物料的方式確定為國產(chǎn)裝取料操作機(jī)（軌道式），該操作機(jī)操作靈活、迅速，完全滿足工藝需求；根據(jù)各個(gè)工序間的工作負(fù)荷同時(shí)考慮工件在各個(gè)工序間的幾何形狀的變化不同，設(shè)計(jì)用三臺(tái)同一型號(hào)的裝取料操作機(jī)，三臺(tái)裝取料操作機(jī)配備不同的操作卡爪；其中，第一臺(tái)用做從加熱爐（三臺(tái)中頻感應(yīng)加熱爐和一臺(tái)燃?xì)饧訜釥t）取料，（當(dāng)用燃?xì)鉅t加熱時(shí)它同時(shí)兼做向爐內(nèi)送料）將料送到500kJ對(duì)擊錘上模鍛工位；第二臺(tái)用做從500kJ對(duì)擊錘上模鍛工位取出模鍛件，送到2000t液壓切邊壓機(jī)的切邊工位上，并將完成切邊的模鍛件從切邊工位上取出，送到彎曲工序；第三臺(tái)用做將完成彎曲（或整形）的模鍛件取走擺放到成品存放區(qū)。其中，第二臺(tái)裝取料操作機(jī)的動(dòng)作最多，但其行程較短，而第一臺(tái)裝取料操作機(jī)動(dòng)作雖然少，但其行程較長，比較第一臺(tái)和第二臺(tái)裝取料操作機(jī)的工作時(shí)間節(jié)拍，大體相當(dāng)，第三臺(tái)裝取料操作機(jī)的工作負(fù)荷顯然比前兩臺(tái)都小，但考慮該階段的模鍛件形狀的特殊性（相應(yīng)裝備不同的卡爪）也只能這樣分配其各自的工作負(fù)荷。

工藝平面的布局設(shè)計(jì)

工藝流程

根據(jù)不同產(chǎn)品的工藝特點(diǎn)總結(jié)了如下幾種不同的工藝流程：

Ⅰ、1號(hào)中頻感應(yīng)爐加熱→輥鍛機(jī)制坯→對(duì)擊錘模鍛→切邊機(jī)……；

Ⅱ、2號(hào)中頻感應(yīng)爐加熱→輥鍛機(jī)制坯→對(duì)擊錘模鍛→切邊機(jī)……；

Ⅲ、1號(hào)中頻感應(yīng)爐加熱→對(duì)擊錘模鍛→切邊機(jī)……；

Ⅳ、1號(hào)中頻感應(yīng)爐加熱→壓機(jī)制坯→對(duì)擊錘模鍛→切邊機(jī)……；

Ⅴ、3號(hào)中頻感應(yīng)爐加熱→對(duì)擊錘模鍛→切邊機(jī)……；

Ⅵ、燃?xì)鉅t加熱→對(duì)擊錘模鍛→切邊機(jī)……；

Ⅶ、燃?xì)鉅t加熱→壓機(jī)制坯→對(duì)擊錘模鍛→切邊機(jī)……；

就是說，上述的幾種工藝流程在設(shè)計(jì)的工藝平面中都要求能夠順暢合理地實(shí)現(xiàn)。

工藝平面設(shè)計(jì)

工藝流程Ⅰ是為生產(chǎn)較大規(guī)格圓截面原料，需要軸向做材料分配的模鍛件而設(shè)計(jì)的；工藝流程Ⅱ是為生產(chǎn)較小規(guī)格圓截面原料，需要軸向做材料分配的模鍛件而設(shè)計(jì)的；工藝流程Ⅲ是為生產(chǎn)較大規(guī)格圓截面原料，不需要軸向做材料分配的模鍛件而設(shè)計(jì)的；根據(jù)流程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ做出如圖1所示的局部工藝平面設(shè)計(jì)。

圖1 根據(jù)流程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ規(guī)劃的工藝平面

工藝流程Ⅳ是為生產(chǎn)較大規(guī)格圓截面原料，需要徑向做材料分配的模鍛件而設(shè)計(jì)的；根據(jù)流程Ⅳ做出如圖2所示的局部工藝平面設(shè)計(jì)。

圖2 根據(jù)流程Ⅳ規(guī)劃的工藝平面

工藝流程Ⅴ是為生產(chǎn)矩形截面原料的模鍛件而設(shè)計(jì)的；工藝流程Ⅵ是為生產(chǎn)小批量(試制類)不需要做材料分配的模鍛件而設(shè)計(jì)的；工藝流程Ⅶ是為生產(chǎn)小批量(試制類)，需要徑向做材料分配的模鍛件而設(shè)計(jì)的；根據(jù)流程Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ做出如圖3所示的局部工藝平面設(shè)計(jì)。

由于目前暫時(shí)沒有需要徑向做材料分配的模鍛件，因而，做徑向做材料分配的壓機(jī)先不上，但在工藝平面設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留好其平面位置以備將來的工藝平面的長遠(yuǎn)合理性。

結(jié)束語

在工藝平面具體位置設(shè)計(jì)時(shí)，由于各臺(tái)設(shè)備的上下料都是有裝取料操作機(jī)夾持運(yùn)送完成的，因此各臺(tái)設(shè)備的位置尺寸都必須滿足在操作機(jī)夾頭中心最大回轉(zhuǎn)半徑5500mm、夾頭中心最小回轉(zhuǎn)半徑2000mm的范圍內(nèi)。當(dāng)然，相鄰設(shè)備基礎(chǔ)間的相關(guān)性更應(yīng)充分考慮。

圖3 根據(jù)流程Ⅴ規(guī)劃的工藝平面

圖4 總工藝平面布局

匯總以上各個(gè)局部工藝平面設(shè)計(jì)，形成如圖4所示的總工藝平面的布局設(shè)計(jì)。目前該項(xiàng)技術(shù)改造工作已經(jīng)全面完成，交付批量生產(chǎn)使用，效果良好。